计组之存储系统:5、cache(cache功能、cache工作原理、cache性能分析)

思维导图

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为什么要cache?

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1、程序执行时,需要从辅存中将程序执行代码和数据加载到内存中,然后CPU从内存中一条一条的取指令。
2、但是内存与CPU速度不匹配,会大大影响CPU的效率。所以需要一个可以缓和速度问题的中间件:cache。通常,cache的速度是可以达到主存的几十倍。

Cache的工作原理

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1、在加入cache后,根据局部性原理,会将一些代码复制到cache中,CPU在取指令时直接从cache中取
2、由于硬件集成度和成本问题,cache的容量一般都很小

局部性原理

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对于上图中的程序A和程序B,程序A访问二维数组顺序访问二维数组时其物理地址也连续,所以根据空间局部性原理,cache命中率会很高,程序的执行速度会很快。对于程序B而言,程序A访问二维数组顺序访问二维数组时其物理地址不连续,因此,根据空间局部性原理,其cache命中率低,程序执行效率就不高。

性能分析(加入cache)

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空间局部性中的“附近”怎么定义?

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例如,当你访问a[1][0]时,你需要确定其在哪一块地址空间中,然后根据局部性原理,将整块地址空间复制到cache中。

待解决的问题?

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问题1:见计组之存储系统:6、Cache-主存映射方式
问题2:见计组之存储系统:7、Cache替换算法
问题3:见计组之存储系统:8、Cache写策略

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